Estudio del fenómeno extensión lateral producido en un terreno sometido a solicitaciones dinámicas

Existen fenómenos que se producen durante episodios de terremotos (utilizando la vertiente de solicitaciones dinámicas de corte aplicadas en suelos) en, por lo general, depósitos de arenas saturadas que durante el último medio siglo han sido objeto de investigación por parte de la comunidad científica. Estos fenómenos son, la licuefacción y, más en particular, los procesos de extensión lateral inducida (o lateral spreading, por sus siglas en inglés). Mientras que la licuefacción del suelo se ha producido en la práctica totalidad de los grandes terremotos a nivel mundial, la extensión lateral es un fenómeno más particular que requiere de una serie de condiciones localizadas para producirse. La geometría del emplazamiento, el tipo de material y el agua circundante son los tres valores que intervienen de manera principal. El suelo se ve soliviantado por un mecanismo de activación que, de manera habitual, es provocado por procesos de cargas de corte dinámicas, así como por procesos de licuefacción de capas de suelo involucradas, provocando grandes desplazamientos laterales con procesos de abultadas fisuraciones en zonas aledañas o subyacentes. Suelen existir además, desplazamientos verticales en el nivel del suelo a cada lado de la fisura de propagación. Con el paso de las décadas de investigación se han tratado de entender los fenómenos de licuefacción y patologías asociadas para obtener respuestas y anticiparse a los verdaderos problemas estructurales y, como no, a los humanitarios que emanan de ellos. Se han establecido modelos empíricos de comportamiento, que han ido recogiendo datos históricos y que han revelado ser adecuadamente rigurosos (sin menoscabo de sus limitaciones) para poder guardar una relación entre la magnitud del sismo desencadenante y el problema geotécnico que provoca en según qué emplazamientos. Dentro de esas fases del estudio se presentan situaciones en las que no existe una respuesta totalmente ajustada al valor que puede generar un modelo numérico de cálculo en estudios de dinámica de suelos con respecto a la entrada de datos de los ensayos de campo o de reconocimiento de la ubicación, ni relación entre ambas. Con este marco conceptual de referencia, y apoyándose en ensayos recogidos de la literatura, se ha realizado (de forma empírica) una nueva formulación que establece una relación entre el exceso de presión intersticial y la deformación volumétrica, que integra tanto variables de estado como de identificación de la arena (densidad relativa, Dr y coeficiente de uniformidad, Cu), y que de ella se obtiene una predicción de exceso de presión intersticial. Se ha contrastado con una campaña de ensayos de laboratorio de corte simple cíclico. Así mismo, dentro de los trabajos de esta investigación, se ha tratado de establecer un nuevo ajuste de un modelo constitutivo capaz de generar presiones intersticiales con un criterio de rotura tipo implementado en un programa de cálculo comercial. A partir de ahí, se han desarrollado unas ecuaciones que aportan al usuario una mejora en la entrada de datos (en particular con el valor del (N1)60 del ensayo de penetración estándar (SPT)). Con ello se corrigen los valores que dimanan del estudio de campo y de los ensayos de caracterización, garantizando una mejor adaptación a la formulación albergada en el programa informático, permitiendo una salida potenciada del mismo y dando lugar a una solución calculada con mayor precisión. Para profundizar en el estudio del fenómeno, se utilizan las nuevas ecuaciones de ajuste y se elabora una modelización aplicada exhaustiva de un caso real de un proceso de extensión lateral inducido por licuefacción en un emplazamiento de una zona pesquera en Lo Rojas, Coronel, (Chile) el 27 de febrero de 2010, desencadenado a raíz del conocido como terremoto de Maule, que afectó a estructuras portuarias, produciendo su colapso, amén de multitud de daños materiales y pérdidas de vidas humanas. ABSTRACT There are phenomena that take place during earthquakes (dynamic shear stresses applied to soils) usually by saturated sand that has been deposited throughout the last half century and it has been the subject of research by the scientific community. The first phenomenon is liquefaction which sometimes leads to the second which is the processes of lateral spreading. While soil liquefaction has occurred in practically all major earthquakes worldwide, lateral spreading is a more particular phenomenon that requires a series of localized conditions to appear. The geometry of the site, the type of material and the surrounding water are the three main factors that are involved within the process. The soil is released by an activation mechanism that is usually caused by dynamic shear stress processes, as well as by the processes of liquefaction of the soil layers. This causes large lateral displacements with bulging cracks in the surrounding areas or underneath. In addition, there are usually vertical displacements at ground level on each side of the propagation fissure. Throughout decades of research an attempt has been made to understand the liquefaction phenomena and associated pathologies. This is in order to obtain answers and anticipate the real structural problems and of course the humanitarian problems that emanate from them. There are some established empirical models of behaviour, which have been collecting historical data and proven to be adequately rigorous (notwithstanding its limitations). This has been in order to correlate a relationship between the magnitude of the triggering earthquake and the geotechnical problem that is caused in some specific locations. Within these phases of the study, situations arise where there are not fully adjusted values to the ones that can be generated by numerical calculation models in soil dynamics studies, in contrast with the input from the data extracted from field tests or localizations identified, or not even, any association between both of them. Taking this into consideration along with the results collected and analysed from the literature, a new formulation has been proposed (empirically) that establishes a relationship between excess interstitial pressure and volumetric deformation. It integrates both state variables as the identification of the sand (relative density, Dr and coefficient of uniformity, Cu) and that a prediction of excess pore pressure is obtained from it. It has been contrasted by simple cycle shear tests in a laboratory. Within this research, a new adjustment of a constitutive model was established, which can generate interstitial pressures with a breakage criterion implemented in a commercial calculation program. Starting from there, equations have been developed to provide the user with an improvement in data entry (in particular with the value of (N1)60 of the standard penetration test (SPT)). This corrects the values arising from the field study and the characterization tests, guaranteeing a better adaptation to the formulation contained in the computer program, allowing a boosted output of the same and giving rise to a solution calculated with greater precision. To deepen the study of this phenomena, the new adjustment equations are used to elaborate the model of a real case of liquefaction-induced lateral spreading process at a fishery area in Lo Rojas, Coronel, (Chile) on February 27, 2010. It was triggered by the so-called Maule earthquake, which affected port structures, causing their collapse, as well as a multitude of material damage and loss of human life